方坯角部纵裂漏钢原因分析及改进*

杜玉兰 刘炳堂 张静坡 张学田

(安阳钢铁股份有限公司)

方坯角部纵裂漏钢原因分析及改进*

杜玉兰 刘炳堂 张静坡 张学田

(安阳钢铁股份有限公司)

结合长期的生产实践，分析了小方坯表面角部纵裂漏钢形成机理、产生原因，通过强化生产管理，规范操作行为，开展技术革新活动，制定和落实整改预防措施，取得了显著效果。

方坯 角部纵裂 漏钢分析

0 前言

安钢第二炼钢厂3#方坯连铸机，是集团公司投产最早的小方坯连铸机，已连续运行二十七年有余，虽经多次技术改进，但工艺及装备水平仍然比较落后。目前，在高拉速、快节奏、高生产率的情况下，铸坯表面角部纵裂漏钢事故呈上升趋势，严重影响了连铸生产的稳定顺行。因此，控制铸坯表面角部纵裂漏钢已成为提高生产运行质量、优化经济技术指标、推进精益高效化生产模式的关键。

1 铸机工艺概况

安钢第二炼钢厂3#连铸机是德马克型弧形方坯连铸机，四机四流，年产突破80万t。目前所生产的钢 种 有 Q235B、HRB335、HRB400、MG335、MG400、Q345等。浇注方式为定径水口敞开浇注。主要工艺参数见表1。

表1 铸机主要工艺参数

2 存在问题及原因分析

2010年3#连铸机漏钢率0.05%，统计结果显示，角裂漏钢占80%，下渣漏钢和拉断漏钢分别占15%、5%.因此控制角裂漏钢可以显著降低漏钢率。角裂漏钢主要发生在铸坯出结晶器后，在其偏角部发生纵裂而产生漏钢事故，长度一般在100 mm～300 mm。表面角裂漏钢铸坯及坯壳剖面如图1所示。

图1 角部表面纵裂漏钢铸坯及坯壳剖面

铸坯表面角部纵裂起源于结晶器内的凝固坯壳不均匀，因角部二维传热，角部初始坯壳厚，刚性大，面部中间坯壳收缩后又在钢水静压力作用下紧贴铜壁，其对坯壳角部产生拉应力。偏离角处不属二维传热，同时又是面部传热中最薄弱之处，因此其抗张应力集中在偏离角部某一薄弱部位，当出现鼓肚或脱方现象超过一定值时，应力超过高温坯壳强度，则造成坯壳偏离角部凹陷或纵裂纹，坯壳出结晶器后失去铜管支撑，如果结晶器下口冷却强度又弱，坯壳形变进一步扩大，严重时发生角裂漏钢事故。

2.1 工艺设备的影响

1)铜管倒锥度减小、水缝偏差大。目前所使用的结晶器为窄缝导流水套式结晶器，铜管使用后期，内壁下部磨损严重且不均匀，倒锥度过小或失去倒锥度，致使坯壳与结晶器壁气隙增大，传热受阻，加剧坯壳凝固不均匀程度;图2所示为结晶器铜管锥度对铸坯角部纵裂的影响［1］。

图2 结晶器锥度与角部纵裂的关系

结晶器铜管与水套之间的水缝为4 mm。因装配方式不合理、水缝调整误差大、水套变形均会引起水缝不均匀，造成水缝内冷却水流速差异大，结晶器导出热流不均匀，致使坯壳凝固厚度不均匀。资料显示，水缝每偏差1 mm，冷却水流速偏差20%，水速不同使铜管各面温度也不同，铜管将因此发生变形［2］。

2)振动及振动台偏摆或轨迹偏移。结晶器振动装置为悬臂式，易受载荷和拉坯阻力影响而产生偏摆现象。杂物卡入振动台间隙同样会造成振动不平稳，引起翻钢、溅钢，坯壳凝固均匀性受到较大影响;振动台变形或台面、结晶器腰板底面粘附杂物造成结晶器不水平、振动轨迹发生偏移，导致结晶器铜管局部磨损严重和坯壳冷却不均匀。

3)二次冷却不均匀。足辊区喷淋管的喷嘴离铸坯距离过近，只有110 mm，冷却水喷射面积不能完全覆盖铸坯表面，造成角部局部冷却不到或冷却强度不够，坯壳较薄且不均匀;二冷水质差，过滤效果不好，喷嘴堵塞严重，喷淋管变形或安装不对中等，造成二次冷却区严重不均匀，致使坯壳收缩不匀，加剧脱方变形，形成裂纹而产生漏钢。

2.2 浇注操作因素的影响

1)由于中间包包底因长期使用并受到钢水高温辐射而发生变形，造成定径水口与结晶器不对中，注流偏流严重，导致坯壳局部被冲刷，靠近注流一边的坯壳生长减慢，坯壳减薄，在热应力作用下产生纵向裂纹，严重时造成漏钢;

2)浇钢工手动拉钢时，由于拉速快、调整幅度大或自动与手动操作转换衔接不当等因素，造成液面波动大，影响坯壳凝固厚度的均匀性，并易形成纵裂纹。如液面波动区间由±5 mm增加到±20 mm时，纵裂纹指数从 0 增加到2.0，如图 3 所示［3］468。

图3 结晶器液面波动对纵裂纹的影响

2.3 钢中碳含量的影响

钢中碳含量在0.10%～0.17%时对铸坯纵裂纹的敏感性最大，尤其是普碳钢角裂漏钢发生率较高，这与碳含量为0.10%～0.12%时的钢发生包晶反应有关。此时，结晶器热流密度最低，结晶器内凝固坯壳极不均匀［3］376。

3 采取的措施

3.1 优化工艺设备

1)提高结晶器测量与维修质量。根据结晶器铜管使用寿命和下部磨损情况定期更换结晶器;每支新铜管都进行测量、检查，保证上机的结晶器铜管倒锥度、内腔尺寸、表面平整度符合工艺要求;用塞尺测量调整水缝，确保水缝偏差不大于0.2 mm;改变结晶器铜管与水套的装配方式，将铜管与水套整体安装至结晶器内，确保水缝不变;测量水套变形程度，超出标准要求后及时进行更换。

2)控制结晶器振动装置水平与偏摆。调整振动装置平衡弹簧松紧度，避免渣球等杂物进入振动机构缝隙，减轻振动台承受的负荷和摩擦阻力，控制振动台偏摆量＜0.15 mm。更换结晶器时必须清理干净振动台面和结晶器底板粘附的杂物，保证结晶器水平。定期测量和调整振动台水平度，将四个水平点的高度偏差控制在≤0.5 mm范围。

3)调整足辊、加装角部喷嘴。改造足辊区喷淋管，将喷嘴与铸坯之间的距离由110 mm增加到125 mm，扩大冷却水覆盖面，改善铸坯角部冷却效果;足辊区角部加装PZ1178BP型号喷嘴，强化角部冷却;定期清理或更换二次冷却水管道过滤器、罐式过滤器滤网，改善水质;停机时检查更换堵塞的喷嘴和变形严重的喷淋管，保证冷却效果。

3.2 改进现场操作

1)通过调整中间包水口快换机构垫块的厚度，微调因中间包包底变形造成的水口不对中现象;包底变形严重的，应及时更换包底或包壳，确保注流对中;改进起步和换包操作使用的冷料形式和用量，用Φ6.5 mm的盘条折成U型代替Φ12 mm的圆钢、螺纹钢。开浇时盘条遇到钢水能够完全融化，避免划伤铜管。

2)手动浇铸操作时，将液面波动控制在±5 mm范围以内;转为自动控制时，要在液面高度在设定位置时转换，避免液面出现大的波动;自动控制液面不稳时要及时转为手动操作;结晶器使用中后期，适当提高结晶器液面高度，以增加结晶器铜管有效冷却长度，保证冷却效果。更换新结晶器之后，维修人员精心对自动液面控制系统参数进行标定，加强信号传输线、P3操作箱的保护和维护，确保液面控制的精确度。

3.3 协调控制成份

加强与炼钢工序联系与协调，提高终点碳，减少钢水氧化性，把成品碳含量提高至0.12%～0.18%的范围，避开裂纹敏感区。

4 效果

经过以上措施的实施，铸坯表面角部纵裂漏钢事故得到有效控制，2011年角部纵裂漏钢比率为0.03%，与2010年同比降低0.02%。由于漏钢事故的减少、设备维修质量的提高，2011年结晶器寿命同比提高307 t。改进前后月溢漏率和结晶器寿命对比见表2。

表2 改进前后指标对比

5 结语

通过对小方坯角部纵裂漏钢影响因素的分析，结合生产实践，采取了优化工艺设备、改进现场操作、提高钢水质量等措施，铸坯角部纵裂漏钢事故得到有效控制，既提高了生产效率，改善了铸坯质量，又促进了生产的稳定顺行，降低了钢水消耗和生产成本。

［1］陈雷主编.连续铸钢.北京:冶金工业出版社，1994:126.

［2］卢盛意编著.连铸坯质量.北京:冶金工业出版社，1994:63.

［3］史晨兴主编.实用连铸冶金技术.北京:冶金工业出版社，1998:376，468.

ANALYSIS AND IMPROVEMENT ON BILLET LONGITUDINAL CORNER CRACK BREAKOUT

Du Yulan Liu Bingtang Zhang Jingpo Zhang Xuetian
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

Combining the long－term production practice，the formation mechanism and causes of the longitudinal corner crack on the billet surface were analyzed.Remarkable results were achieved by means of intensifying production management，standardizing operations behavior，carrying out technical innovation as well as draughing and implementing preventive measures.

billet longitudinal corner crack breakout analysis

:2012—1—10